黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征

水分是干旱半干旱地区植被恢复的主要环境制约因子。在黄土高原小流域,合理整地能够有效截留降雨补给土壤水,进而促进植被恢复。选择地处甘肃定西的半干旱黄土小流域为研究区,基于野外实测数据,分析不同植被和整地方式(柠条水平阶、山杏水平沟、侧柏反坡台,油松反坡台)综合影响下的土壤水分特征。采用最优分割法将不同整地方式土壤水分垂直层次划分为活跃层,次活跃层和相对稳定层。结果表明:生长季不同整地方式土壤水分的变化与降水量的变化密切相关,不同月份以及不同深度各整地方式土壤水分之间差异显著(P0.05)。根据土壤水分垂直变化特征,山杏水平沟水分活跃层与次活跃层为0—80cm,其深度范围均大于其他3种整地方式,而柠条水平阶土壤水分均在30 cm以下较为稳定,其深度范围均小于其他3种整地方式。不同整地方式土壤水分含量具体表现为:山杏水平沟侧柏反坡台柠条水平阶油松反坡台。     

山坡退化林地林木生长对微地形人工干预的响应

为探究水土保持微地形人工干预措施(等高反坡阶)对坡面退化林地林木生长的影响,在昆明市松华坝水源区内选取典型山坡退化林地,通过动态观测和对比分析不同样地林木胸径、树高、新枝生长量及样地叶面积指数(LAI)的变化差异,再结合土壤水分有效性分析以探讨差异原因.结果表明:等高反坡阶样地云南松胸径和树高的最大值和均值均大于对照样地(CK),退化林群落中小径阶和低矮的植株占更大比例,表明等高反坡阶样地中优势木新生植株和退化严重植株的生长潜力得到激发,不同样地云南松植株新枝平均枝长和枝径的年变化差异率达到了72.4%和39.1%.等高反坡阶样地云南松植株新枝生长量和样地LAI的变化及新枝生长的速度大于CK.土壤含水率和新枝生长量与LAI均呈显著相关,对水分有效性分析后得到等高反坡阶样地易效水比例(64.2%)整体高于CK(54.7%),5月至9月雨季中,等高反坡阶样地易效水存在时间更长,这有利于林木的生长,进而改变退化林地植物群落结构.     

鱼鳞坑与覆盖组合措施对陕北旱作枣园土壤水分的影响

土壤水分是制约陕北红枣林健康生长的关键因子.通过土壤水分定位观测,研究不同鱼鳞坑与覆盖措施组合对陕北黄土丘陵区旱作枣园土壤水分的影响.结果表明: 鱼鳞坑+树枝覆盖、鱼鳞坑+秸秆覆盖、鱼鳞坑无覆盖处理下0～180 cm平均土壤含水量较裸地分别提高14.2%、9.4%、4.8%.不同处理在红枣生育期均能显著增加土壤表层(0～20 cm)和主要根系层(20～100 cm)土壤水分含量,其中,以鱼鳞坑+树枝覆盖处理效果最为显著.不同组合措施条件下,次降雨量对土壤水分的影响深度主要集中在100 cm以内,对深层土壤水分影响不显著.无覆盖鱼鳞坑措施在高、中、低水分状况下,各土层土壤水分与裸地无显著差异.在陕北旱作枣园,利用修剪枣枝进行覆盖在节省材料减少成本的同时,实现了保墒蓄水目标.     

鱼鳞坑与覆盖组合措施对陕北旱作枣园土壤水分的影响

土壤水分是制约陕北红枣林健康生长的关键因子.通过土壤水分定位观测,研究不同鱼鳞坑与覆盖措施组合对陕北黄土丘陵区旱作枣园土壤水分的影响.结果表明:鱼鳞坑+树枝覆盖、鱼鳞坑+秸秆覆盖、鱼鳞坑无覆盖处理下0~180 cm平均土壤含水量较裸地分别提高14.2%、9.4%、4.8%.不同处理在红枣生育期均能显著增加土壤表层(0~20 cm)和主要根系层(20~100 cm)土壤水分含量,其中,以鱼鳞坑+树枝覆盖处理效果最为显著.不同组合措施条件下,次降雨量对土壤水分的影响深度主要集中在100 cm以内,对深层土壤水分影响不显著.无覆盖鱼鳞坑措施在高、中、低水分状况下,各土层土壤水分与裸地无显著差异.在陕北旱作枣园,利用修剪枣枝进行覆盖在节省材料减少成本的同时,实现了保墒蓄水目标.     

陇中黄土区坡面整地和植被类型对土壤化学性状的影响

合理的坡面整地和人工植被恢复能够改善土壤状况,进而促进植被生长和生境改善。在半干旱黄土高原地区,研究不同植被类型和整地方式下的土壤属性变化规律,对于揭示整地-植被-土壤之间的相互作用机制有重要意义。基于外业采样和室内测定的方法,测定了样品的有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾、有效磷和酸碱度,对比和分析黄土高原小流域不同整地方式和植被类型下的土壤养分特征。结果表明:(1)土壤养分变化的总体规律是明显的表聚性,土壤养分含量随土层的增加而减少,0—1m养分平均含量只有表层含量的43.1%—86.8%,除此之外全磷、全钾养分含量还具有波动性、富集性等特点;(2)整地和植被类型对土壤养分的影响:整地方式下养分含量依次为:水平沟、水平阶鱼鳞坑反坡台,植被类型养分对比结果:柠条油松山杏侧柏,同时发现整地方式对速效养分的影响较大,而植被恢复对全量养分的影响占主导优势;(3)植被对不同土壤养分的吸收利用响应:分析植被的养分利用特点,发现侧柏对磷素的消耗较大,柠条对钾素的消耗较大,并且发现有机质含量存在波动层、渐变层和稳定层等分布特征。     

黄土丘陵区退耕小流域土壤有机碳分布特征及地形植被对其的影响

针对黄土丘陵区退耕还林(草)工程实施20年固碳效果研究薄弱的问题，以典型退耕小流域为对象，在不同地形(峁坡、沟肩、沟谷)和植被类型(次生草地、撂荒山杏林、撂荒坡耕地)共布设147个样点采集0—100 cm土层样品并测定，以研究土壤有机碳(SOC)分布特征及地形、植被对其的影响。结果表明：小流域峁坡剖面(0—100 cm)土层SOC含量平均为2.43 g/kg。地形和植被类型对小流域SOC分布特征产生了重要影响：沟肩表层和剖面SOC含量均最高且显著(P<0.05)高于沟谷，但与峁坡无显著差异；次生草地表层(0—20 cm)和亚表层(20—40 cm)SOC含量均显著(P<0.05)高于撂荒山杏林和撂荒坡耕地。地统计学分析显示小流域0—20 cm土层SOC含量有最大块金值且块金系数为49.6%,即表层SOC具有最大块金效应且受到结构因素与随机因素共同影响；剖面SOC分布格局表现出与表层土壤相似的特征。总之，退耕还林(草)碳汇效应显著，且在地形和植被类型作用下呈现显著的空间异质性特征。     

水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响

明确综合治理条件下小流域土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)和全氮(Total nitrogen,TN)的空间分布特征及其影响因素,对科学评价水土流失区土壤固碳潜力具有重要意义。以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域(砖窑沟流域)为对象,基于流域内3种典型地貌类型(梁峁坡、沟坡、沟谷)和3种典型水土流失治理措施(水平梯田、林地和草地措施,坡耕地为对照),采集土壤样品737个,研究地貌类型和水土流失治理措施对小流域SOC和TN变化的影响。结果表明,同一地貌类型上,水平梯田、林地和草地措施的SOC和TN(0—10 cm土层)含量均显著高于坡耕地(P<0.1)。梁峁坡上,水平梯田、林地和草地措施条件下的SOC和TN含量较坡耕地依次提高了18%和24%、70%和59%、25%和21%;沟坡上,林地和草地措施的SOC和TN较坡耕地依次提高了76%和54%、25%和27%。同一治理措施在不同地貌类型间对0—10 cm土层SOC和TN的影响存在显著差异(P<0.1)。水平梯田条件下,沟谷的SOC和TN含量比峁坡提高了46%和43%;林地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了18%和6%;草地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了14%和18%。0—100 cm土层的SOC或TN在不同地貌类型或不同治理措施间的差异与土壤水分含量(Soil moisture,SM)的变化趋势基本一致,并且SOC或TN与SM呈指数关系y=aebx(y为SOC或TN,x为SM)。     

喀斯特典型坡地旱季表层土壤水分时空变异性

基于网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛与草灌两种植被类型坡地(90 m×120 m)旱季(2011年10月至2012年3月)表层(0—16 cm)土壤水分含量的空间变异特征。结果表明:整个采样期灌丛坡地的土壤水分含量明显要高于草灌坡地,两种类型坡地的表层土壤水分含量均属于中等程度的变异(10%Cv100%),且灌丛坡地的变异系数大于草灌坡地。两种植被类型坡地的土壤水分含量与降雨量的波动变化趋势相同,而与土壤水分变异系数的变化趋势整体相反。土壤水分含量均具有明显的空间依赖性和空间结构。两种类型坡地土壤水分的变程与块基比的变化趋势都大致相反,灌丛坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势在采样前期和中期趋势相反,在采样后期趋势相同,而草灌坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势大致相同。两块样地土壤水分的变异系数、变程与块基比均随土壤水分含量的变化有一定的季节变化规律,说明平均土壤水分含量对土壤水分空间格局的主导作用是持续存在的,结合研究目标可以有效指导后续的土壤采样。虽然两块样地表层土壤水分含量整体沿坡面自上而下呈递增趋势,但土壤水分含量最大值均分布在样地下坡位右侧地段,这主要与该地段坡度较缓、土壤厚度较大且碎石含量较低有关。     

半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征

选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为研究对象,并以荒坡草地作为对照,在2009—2011年生长季节对0—210cm土壤含水量进行连续观测,开展了剖面土壤水分变异、动态平衡及影响因素研究。结果显示:土壤水分平均值:30—130cm对照>北坡>东坡>南坡,150—210cm南坡(上、中坡位)>对照>北坡>东坡,南坡和北坡样地上坡位>中坡位>下坡位。土壤水分的季节变化表现为9月﹥8月﹥7月,5、6、10月份最低;不同地形条件下,柠条林地土壤水分极差值和变异系数并没呈现出规律性变化,在垂直尺度上,柠条林地土壤水分极差值和变异系数曲线在0—50cm表现比较活跃,70—210cm则相对稳定;在连续干旱年份土壤储水量并没有连续的降低和亏缺,在第1个欠水年亏缺比较严重,第2个欠水年盈亏量基本平衡,而第3个欠水年则略有盈余。研究认为:小流域尺度下的地形条件差异造成了土壤水分规律性变化,但在特定植被生长发育状态和剖面尺度下,植被因子将会成为土壤水分动态变化的主控因子。柠条林发育至成熟阶段,土壤水分补偿与消减将会保持平衡状态。土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差,另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性。这是因为土壤含水率高促进植物生长,植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗,土壤水分含量不足则会抑制植物生长,植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。     

黄土区小流域植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响

沟坡作为黄土丘陵区小流域水土流失最为活跃的区域,探究不同下垫面植被类型下的土壤水分循环特征对于沟坡地植被恢复具有重要意义。基于氢氧同位素示踪技术,通过野外水样采集和室内同位素分析旨在揭示植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响机制。结果表明:(1)各水体氢氧同位素均遵循:降水刺槐林地土壤水草地土壤水地表水地下水,降水的变异系数最大,地表水和地下水的变异系数较小。(2)草地土壤水主要以降水补给为主,所占比例为59.12%,刺槐林地土壤水则以深层土壤水的上升补给为主,所占比例为60.97%。短阵性暴雨条件下,草地土壤水运移速率较刺槐林地高约1 cm/d,且主要发生在0—50 cm土层。(3)土壤水的垂向运移为地下水的主要补给形式,草地土壤水对地下水的补给比例为51.64%,约比刺槐林地高0.52%。表明植被类型对土壤水分循环特征具有一定的影响,刺槐林对深层土壤水分利用强度较大,可能加剧深层土壤干层化,而草地更有利于降水入渗以及地下水补给,该研究可为小流域沟坡的生态修复和综合治理提供科学依据。     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤有机碳空间分布及其影响因素

研究局域尺度土壤有机碳空间分布特征,对准确估算大尺度土壤碳库储量和变化具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区典型小流域为对象,采集0-10、10-20、20-40、40-60、60-80、80-100cm土层中(898个土壤样品),采用多元线性逐步回归和地理信息系统(GIS)相结合方法,分析了地形(峁顶、峁坡、沟底)、土地利用(农田、果园、川坝地、草地、灌木林、乔木林)等作用下,小流域不同深度土壤有机碳含量的空间分布特征。结果表明:地形因素不仅对表层(0-10cm)土壤有机碳含量空间分布差异影响显著,而且对深层(40-100cm)影响也显著,且空间格局图上40-100cm可以清晰地看地沟底与峁顶和峁坡显著差异。在0-10cm土层,峁顶以中值斑块(50%)和低值斑块(48%)为主;峁坡以中值斑块(62%)为主,其次是低值斑块(22%);沟底中值斑块占70%,其次为低值斑块(23%)。40-100cm均为低值斑块,沟底低值绿色斑块占34%,远高于峁坡(8%)和峁顶(13%)。土地利用对表层(0-40cm)有机碳含量影响显著,对40-100cm土层无影响。在0-10cm土层,乔木林、灌木林、草地上高值斑块分别占18%、47%、10%,川坝地、农田和果园没有高值斑块,中值斑块分别占80%、53%、85%、73%、39%、23%。10-40cm土层,乔木林、灌木林、草地、川坝地、农田和果园中值斑块分别占21%、46%、22%、19%、5%、4%。但在40-100cm土层,各土地利用下有机碳均处于低值斑块区。坡向上0-100cm各层土壤有机碳含量半阴坡(北部、东北、东部)最高,半阳坡(西部、西南、南部)含量较低。     

黄土塬区不同土层土壤水分对旱作冬小麦耗水的贡献

通过采集长武塬区旱作冬小麦拔节期和抽穗期土壤水、小麦茎秆水,测定其氢氧稳定同位素组成,分析不同深度土壤水分对冬小麦耗水的贡献.结果表明:与大气降水相比,黄土塬区小麦茎秆水和土壤水均富集氢氧稳定同位素;无土壤干层条件下,冬小麦拔节期和抽穗期0～30 cm土层土壤水对其耗水的贡献率仅为5.4%和2.6%,60～90 cm土层土壤水贡献率为73.4%和67.3%,是冬小麦的主要水源,120 cm以下土层贡献率为7.9%和13.5%;随着生育期的推进,90 cm以下土层贡献率持续增加.研究时段内土壤物理蒸发水分主要来自于30 cm以上土层,而小麦蒸腾则主要由60 cm以下土壤水分提供.生产实践中需要做好夏闲期的雨水蓄存与合理的氮磷配施,以增加小麦底墒、促进根系深扎,提高深层土壤水分的利用率.     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤有效水和持水能力

以黄土丘陵沟壑区坊塌流域不同植被类型为研究对象,在野外调查的基础上,利用离心机法测定不同植被类型0—10、10—20 cm土层不同吸力下的土壤含水率,并利用Van Gennuchten模型对土壤水分特征曲线进行拟合,对比分析了不同植被类型不同土层土壤水分特征曲线、土壤水分有效性和持水性。结果表明:随着植被恢复的进行,不同植被类型土壤水分特征曲线出现了明显的差异,但是其斜率基本不变且不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤水分特征曲线都呈近似的"S"型;不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤有效水范围分别为22.65%—26.80%、23.97%—28.13%,除白羊草群落和刺槐林外呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落的变化趋势;不同植被类型土壤持水能力在0—10 cm土层没有显著性差异,在10—20 cm呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落,其中白羊草群落最大,刺槐林最低。刺槐林有效水分和土壤持水能力都较低,建议适当采取间伐并促进其近自然化恢复来实现土壤水分的可持续利用,尽量避免在阳坡缺水地区种植刺槐。对于研究地区土壤水分的可持续利用、植被恢复和科学合理的进行植被配置具有重要意义。     

Nitrate increases in soil water following conversion of chaparral to grass

An Arizona watershed converted from chaparral to grass, released high concentrations of nitrate to stream water. The nitrate originated from the rooting zone of the decomposing shrubs. High nitrate concentrations (44–373 ppm) were found in soil solutions from 1.5-, 3.0-, and 4.6-m depths on the converted watershed as compared with low nitrate concentrations (0.2–6.2 ppm) found in an adjacent undisturbed area. Soil solution nitrate concentrations at the 0.3-m depth were generally low, especially in the untreated area. High nitrate concentrations were balanced mainly by relative decreases in bicarbonate anions in the soil solutions and in the stream water. Multiple stepwise regression analyses showed improvement in the regression of bicarbonate on nitrate when chloride and sulfate anions were entered as variables.     

植被格局对土壤入渗和水沙过程影响的模拟试验研究

合理的植被格局能够提高土壤入渗性能和抗冲性,有效阻蚀减沙,平衡土壤保持与土壤水分保蓄二者关系,进而促进生态环境的改善。基于径流小区人工模拟降雨,研究了多种植被格局生物量密度（0、50%、100%）和分布方式（坡上分布、坡下分布、均匀分布）的土壤入渗、产流、产沙特征以及土壤储水量变化。结果表明：使用Philip模型、Kostiakov模型、Horton模型模拟坡面入渗过程,Horton模型的拟合结果最优。不同植被格局产流率的变化趋势基本一致,大体可分为两个阶段：初期阶段迅速增长,中后期阶段增长变缓并逐渐趋于稳定状态。产沙率的变化趋势随植被格局的不同而略有差异。相较于产流过程,产沙过程变化剧烈、规律性差。总体而言,降低生物量密度能够增加降雨期间的径流量（从19.21 mm到25.44-38.09 mm再到51.79 mm）和侵蚀量（从118.97 g/m²到237.57-597.90 g/m²再到1400.29 g/m²）,土壤水分得到更好的保蓄。从植被分布方式的角度来看,均匀分布的植被格局有利于更好地控制土壤侵蚀和径流,却促进了土壤水分的消耗。坡下分布的植被格局,例如植被过滤带的形式,能够最好地同时控制水土流失和土壤耗水。权衡考虑水土流失防治与土壤水分消耗,建议采用适宜密度（本研究为110 g/m²）且集中分布在出口附近的植被格局。     

植被恢复对黄土区煤矿排土场土壤团聚体特征的影响

目前关于植被恢复对排土场土壤团聚性的影响还不清楚,以植被恢复下黄土区露天煤矿排土场为研究对象,采用湿筛法测定了排土场土壤水稳性团聚体组成,研究了植被恢复类型(草地、灌木)和排土场地形(平台、边坡)对土壤团聚体特征的影响。结果表明:植被恢复促进了排土场水稳性团聚体的形成,平台0—20 cm土层水稳性大团聚体数量(R_(0.25))、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别达到31.1%,0.70 mm和0.26 mm,边坡分别达到13.3%,0.37 mm和0.17 mm,均显著高于裸地,分形维数(D)在平台和边坡分别为2.91和2.96,均显著低于裸地;平台土壤团聚性要好于边坡,草地对于平台土壤团聚结构改良效果较好,而灌木对于边坡改良效果较好;排土场土壤有机碳和粘粒含量均与土壤团聚体指标有显著相关性。植被恢复提高了排土场土壤团聚性,植被恢复类型和地形对排土场土壤团聚体特征有显著影响。     

植被与水土流失关系研究进展

水土流失是世界性的环境问题之一,对人类社会可持续发展构成威胁,控制水土流失成为迫切需要,有许多水土流失控制措施,而生物措施尤其植被一直是人们研究的焦点.根据前人的研究,从斑块、坡面和流域/区域尺度总结了植被与水土流失的关系.斑块尺度植被对降雨和径流侵蚀能量具有很大的减弱或消除作用,可以改变植株底部的土壤性质,改善其结构,进而降低土壤可蚀性,增加入渗能力,从而减轻土壤侵蚀程度.不同植被类型、植被的不同层次结构,不同植被的形态结构具有不同的土壤侵蚀控制作用.坡面尺度主要从坡位、坡度、坡向对植被生长和分布格局的影响、对水土流失过程和格局的影响以及裸地-植被镶嵌格局、植被的条带格局对水土流失的影响和反映水土流失过程的景观格局指数的构建等方面进行了研究.更多是从植被恢复及其水土流失效应方面进行了探讨,为退化生态系统恢复和格局设计提供了极其有用的信息.流域/区域尺度植被与水土流失的关系更大程度上受到气候、地貌特征的影响,因此研究多从一定气候条件控制的土地覆盖（植被覆盖）及其格局的水土流失效应方面进行的.由于大尺度监测非常困难,研究多从遥感监测、GIS集成和模型模拟方面开展,是流域、区域等大尺度生态安全格局设计的有力支持.前人的研究为生态环境建设和保护提供了大量参考信息,但仍有一些问题需要进一步探讨,对此进行了初步的概括和归纳,希望能够对植被和水土流失关系的研究起到一定促进作用.     

三峡山地不同类型植被和坡位对土壤水文功能的影响

土壤层下渗和贮蓄水分的水文功能是森林保持水土、涵养水源的基础。以三峡山地大老岭林区为研究区,采集常绿林、落叶林和草地覆盖下不同坡位的原状土样,测定其饱和导水率和水分特征曲线,分析植被类型和坡位对土壤水分参数和库容的影响。结果表明:常绿林地的入渗性能最好,饱和导水率为7.80—322.81 cm/d,大于落叶林地(0.33—137.03 cm/d)和草地(0.84—115.80 cm/d);坡位间差异表现为上坡高于下坡。不同样地的饱和含水量差异较小,但毛管持水量和田间持水量差异明显,草地最大,为20.77%—50.39%;不同坡位比较表现为下坡高于上坡。不同样地土壤水库容量差异较大,由田间持水量得到的库容量占总库容量的百分比以草地最大(63.25%),其次是落叶林地,常绿林地最小;坡位上表现为下坡的田间持水库容大于上坡。饱和导水率与土壤总孔隙度、有机质含量呈显著正相关,与容重呈显著负相关;饱和含水量、毛管持水量、田间持水量均与土壤总孔隙度、有机质含量和粉粒含量呈显著正相关,与容重、砂粒含量呈显著负相关。综合以上,草地持水性能最强,利于保蓄水分,常绿林地最弱,更利于水分入渗,补给地下水,下坡位的持水性能强于上坡位。